"Холодильник" для магмы: геологи переписывают привычные сценарии извержения вулканов

После мощных извержений вулканов на поверхности Земли остаются котловины, называемые кальдерами. От кратеров они отличаются особенностями формирования и бо?льшими размерами (в среднем кальдеры достигают 10–20 километров в диаметре, а их глубина составляет несколько сотен метров).

Одна из самых знаменитых кальдер на планете располагается в восточной Калифорнии и носит название Лонг-Велли. Это долина одного из крупнейших супервулканов на Земле, который последний раз извергался 765 миллионов лет назад. Извержение длилось около недели, и за это время в атмосферу было выброшено 760 кубических километров лавы и пепла.

Исследователи уже много лет изучают кальдеру Лонг-Велли не из праздного любопытства. По их словам, основное правило геонаук: прошлое предвещает будущее. И если понять природу извержений супервулканов, то можно будет если не предотвратить эти катастрофы, то как минимум подготовиться к ним.

Команда из Висконсинского университета в Мэдисоне (США) в ходе изучения образцов пород, собранных в Лонг-Велли, сделала удивительное открытие. Оказывается, расплавленная магма перед извержением супервулкана была намного прохладнее, чем считалось раньше.

Долгое время геологи полагали, что в земной коре образовался своего рода резервуар, в котором находилась расплавленная магма. Но теперь они склоняются к иной точке зрения. Вероятно, магма в течение долгого времени располагалась в недрах земли в холодном, кристаллизованном и "запертом" состоянии.

Извержение в этом случае, конечно, было невозможно. То есть что-то должно было разогреть магму до 700-850 градусов по Цельсию, чтобы произошёл тот самый "большой бум".

Ведущий автор работы Натан Андерсен (Nathan Andersen), тщательно изучивший структуру минералов, полагает, что кристаллы затвердевшей магмы не нагревались постепенно. Их температура повысилась резко, и произошло это незадолго до извержения. Хотя "резко" – тоже понятие растяжимое: в данном случае речь идёт, вероятно, о нескольких десятках, максимум сотнях, лет.

Эти данные команда получила, проведя анализ изотопов аргона из 49 кристаллов, находившихся в пирокластической породе под названием Bishop Tuff.

Аргон, образующийся при радиоактивном распаде калия, быстро выделяется из горячих кристаллов. Поэтому, если магма, содержащая эти кристаллы, была горячей в течение долгого времени до извержения, аргон бы не накапливался.

Однако высокоточный масс-спектрометр показал иное: в магме присутствовало некоторое количество аргона, который сформировался до извержения. Стало быть, до этой катастрофы магма была относительно прохладной (не более 400 градусов по Цельсию).

Из 49 изученных образцов примерно половина начала процесс кристаллизации за несколько тысяч лет до извержения (а самые молодые кристаллы, соответственно, указали на более точную дату "большого бума"). Разница в датах формирования образцов составила 16 тысяч лет.

Это подтверждает версию, что магма была холодной долгое время и нагрелась лишь непосредственно перед извержением. Скорее всего, здесь сыграли роль сейсмические процессы, но пока это лишь гипотеза.

В любом случае, представление о том, в каком состоянии пребывают породы перед извержением, поможет лучше понять, а затем и научиться прогнозировать самые жуткие для нас геологические процессы, отмечают авторы.

Теперь они планируют сосредоточиться на временном промежутке от 10 до 1000 лет непосредственно перед извержением и провести более детальные анализы горных пород.

Ясно одно: недооценивать роль холодных, затвердевших пород в процессах извержения вулканов крайне опасно, заключают эксперты. Тем более что риск гибели цивилизации от вулканов в XXI веке достаточно высок.

Научная статья по итогам исследования опубликована в издании Proceedings of the National Academy of Sciences.